[發(fā)明專利]一種可變焦單雙目視覺傳感裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310161718.4
• 申請日: 2013-05-06
• 公開（公告）號: CN103278139B
• 公開（公告）日: 2016-11-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王睿;梅磊;朱正丹
• 申請（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號: G01C11/00
• 分類號: G01C11/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明所設(shè)計的一種可變焦單雙目視覺傳感裝置屬于機(jī)器視覺應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及了在不同的測量環(huán)境和精度要求下能夠適時靈活的實現(xiàn)單目視覺測量功能和雙目視覺測量功能的視覺傳感裝置。

背景技術(shù)

隨著計算機(jī)視覺、圖像處理技術(shù)的日趨成熟，攝像機(jī)視覺傳感和測量技術(shù)逐漸向著自動、快速的非接觸式方向發(fā)展，并成為了機(jī)器視覺應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域的重要發(fā)展方向。目前常用的視覺傳感和計算機(jī)視覺測量技術(shù)主要有如下兩種：

I）單目視覺測量及導(dǎo)引技術(shù)：該技術(shù)是僅通過利用一臺攝像機(jī)或CCD拍攝圖像，并根據(jù)相應(yīng)單目視覺測量算法進(jìn)行計算來實現(xiàn)對目標(biāo)空間位置測量的技術(shù)，Naoki?YAMAGUTI等利用單目視覺測量算法在不同紋理條件下的目標(biāo)物體進(jìn)行測量，通過對所獲取的多幅圖像中目標(biāo)坐標(biāo)建立的模型進(jìn)行深度信息提取，并最終由計算可得到目標(biāo)的空間位置信息；Saxena等則利用了單目攝像機(jī)進(jìn)行了視覺導(dǎo)航方向的研究，并同時將單目視覺測量技術(shù)應(yīng)用在已知環(huán)境下移動機(jī)器人對目標(biāo)的識別及抓取上，也取得了比較理想的效果。由于單目視覺測量裝置結(jié)構(gòu)簡單，標(biāo)定方便，并且運(yùn)算速度快，因而近年來國內(nèi)外這方面的研究比較活躍。

II）雙目視覺測量及導(dǎo)引技術(shù)：該技術(shù)是利用兩個成一定角度的CCD攝像機(jī)對目標(biāo)進(jìn)行圖像拍攝，將同一時刻拍攝的兩幅具有視差的圖像，經(jīng)過特征提取和空間匹配的計算后便可獲取被測物體的深度信息，從而實現(xiàn)導(dǎo)引或避障等功能。目前常用的雙目視覺測量技術(shù)根據(jù)其所使用的光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的不同，主要分為兩種類型：1).傳統(tǒng)雙攝像機(jī)視覺測量技術(shù)。2).鏡像式單攝像機(jī)雙目視覺測量技術(shù)。Nishimoto利用以零交叉點作為匹配特征的傳統(tǒng)雙目視覺測量方法，并采用松弛方法進(jìn)行匹配，在實際的工件尺寸測量范圍內(nèi)達(dá)到了比較高的測量精度。張慶均等提出了基于雙目視覺的航天器間相對位置和姿態(tài)的測量方法，利用傳統(tǒng)雙目視覺測量原理，對測量系統(tǒng)中的誤差進(jìn)行分析與計算，使得最終獲取的航天器間相對空間位姿信息的精度基本能滿足航天測控的要求。但由于傳統(tǒng)的雙目視覺測量技術(shù)需要使用兩臺攝像機(jī)，而且成本較高，傳感器體積較大等顯著缺點，近年來越來越多的國內(nèi)外專家學(xué)者開始對鏡像式單攝像機(jī)雙目視覺測量技術(shù)進(jìn)行研究，其中國內(nèi)比較有代表性的是由邾繼貴等設(shè)計的鏡像式單攝像機(jī)雙目視覺傳感器，由單攝像機(jī)和一對平面鏡組構(gòu)成。但其傳感器中由四塊平面鏡組成的光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，裝置體積大，不利于實際使用。國外對單雙目測量研究時間較長，主要有以下代表，如Teoh等利用三塊平面鏡和單攝像機(jī)組成雙目視覺傳感器。兩塊平面鏡固定于攝像機(jī)前端，并與攝像機(jī)光軸呈45°夾角放置，另一塊可旋轉(zhuǎn)的平面鏡置于攝像機(jī)正前方，位于兩塊固定平面鏡中間，當(dāng)旋轉(zhuǎn)平面鏡分別與兩塊平面鏡平行時，能將兩條光路分別反射至攝像機(jī)，相當(dāng)于左右攝像機(jī)拍攝的兩幅圖像，這與用兩個平行光軸的攝像機(jī)進(jìn)行雙目視覺的效果相同，但它的測量計算算法復(fù)雜，計算無法滿足實時在線檢測的要求。Goshtasby等采用兩塊平面鏡和單攝像機(jī)組成雙目視覺傳感器，兩塊平面鏡對稱置于攝像機(jī)前，并用鉸鏈連接，可繞中間軸旋轉(zhuǎn)。但是對稱的設(shè)計使得測量范圍較小，應(yīng)用不夠靈活。

綜上所述，目前現(xiàn)有的視覺測量裝置由于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和測量原理的局限性導(dǎo)致單個視覺測量裝置一般只能適用于某種特定的測量場合，要么是單目視覺系統(tǒng)的應(yīng)用，要么是雙目視覺系統(tǒng)的應(yīng)用，迄今為止，還不存在一種能夠適時靈活的實現(xiàn)單目視覺測量功能和雙目視覺測量功能的視覺傳感測量裝置。但隨著無人機(jī)導(dǎo)引和機(jī)器人避障等領(lǐng)域?qū)y量環(huán)境與功能越來越高的要求，提出了將單目視覺測量技術(shù)與雙目視覺測量技術(shù)合二為一的傳感技術(shù)要求。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述國內(nèi)外現(xiàn)有技術(shù)中所存在的視覺傳感裝置難以滿足在不同的測量環(huán)境和精度要求下的兼容性問題，如單目視覺測量裝置的測量算法復(fù)雜，深度測量精度偏低，并且測量范圍有限，而傳統(tǒng)的雙目視覺測量系統(tǒng)必須使用兩臺攝像機(jī)才能滿足深度測量精度的成像要求，系統(tǒng)成本較高且體積大，裝置功能單一；本發(fā)明提供了一種能夠在實際環(huán)境中，根據(jù)不同的測量需求，通過自動調(diào)整攝像機(jī)焦距及機(jī)位至合適的位置，進(jìn)而實現(xiàn)在單目視覺空間測量功能和雙目立體視覺測量功能之間靈活地自動切換的視覺傳感裝置。本發(fā)明裝置的總設(shè)計圖如圖1所示，包括：